Au sein de notre organisme, l'équilibre entre les systèmes oxydants et antioxydants est étroitement contrôlé pour le maintien des fonctions biologiques vitales. Le stress oxydatif, défini comme un déséquilibre de la balance oxydative en faveur de l’oxydation, conduit à l’apparition de dégâts cellulaires associés au développement et à l’aggravation de très nombreuses pathologies ainsi qu’au vieillissement, notamment cutané. De nombreuses études visent à montrer les bénéfices d’une supplémentation en antioxydants dans la prévention des dommages liés au stress oxydatif. Dans ce sens, nos travaux ont porté sur l’identification de nouvelles sources naturelles d’antioxydants, valorisables comme ingrédients actifs dans des formulations nutraceutiques. Pour cela, nous avons sélectionné et extrait trente matières premières végétales et étudié les propriétés antioxydantes des extraits végétaux obtenus. Quatre extraits prometteurs ont été sélectionnés et caractérisés chimiquement afin d’identifier les composés phénoliques responsables de leurs propriétés antioxydantes. La contribution individuelle de ces composés phénoliques au potentiel antioxydant global des extraits a été estimée. Nous avons également étudié l’efficacité des extraits antioxydants sélectionnés sur le vieillissement cutané in vitro, par une étude globale de transcriptomique sur microarray, et confirmé les propriétés antioxydantes de ces extraits sur fibroblastes dermiques humains. / Within our body, the balance between oxidants and antioxidant systems is tightly controlled to maintain vital biological functions. Oxidative stress, defined as an imbalance of the oxidative balance in favor of oxidation, leading to the onset of cellular damage associated with the development and exacerbation of many diseases and with aging, including skin aging. Many studies aim to demonstrate the benefits of antioxidant supplementation in the prevention of damage related to oxidative stress. In that way, our work focused on identifying new sources of natural antioxidants, to value as active ingredients in nutraceutical formulations. For this, we selected and extracted thirty plant raw materials and studied the antioxidant properties of extracts obtained. Four promising extracts were selected and chemically characterized to identify the phenolic compounds responsible for their antioxidant properties. The individual contribution of these phenolic compounds to total antioxidant potential of extracts was estimated. We also studied the effectiveness of the selected antioxidants extracts on skin aging in vitro, by a transcriptomic study on microarray, and confirmed the antioxidant properties of these extracts on human dermal fibroblasts.

Au cours de cette étude, l expression des gènes codants de quatre sous types de récepteurs centraux (GABAA, 5-HT1A, m-opioïdes et a1-adrénergiques) impliqués dans la modulation de l anxiété a été évaluée. L impact de l anxiété trait sur les réponses immunitaires cellulaire et humorale et sur le niveau du statut oxydatif au niveau du SNC (neurones et cellules gliales) et au niveau périphérique (lymphocytes, granulocytes et monocytes) a été mis en évidence. En même temps, l effet de l anxiété trait couplée au modèle de stress expérimental anxiogène par contention, sur les réponses immunitaires cellulaire et humorale a été évalué. En effet, le niveau élevé d anxiété induit d une part, un effet dépressif significatif sur l immunité cellulaire (lymphocytes totaux, TCD4+ et TCD8+) et humorale (IgA et IgE) et d autre part, une augmentation significative du niveau intracellulaire des espèces réactives de l oxygène (ERO) des neurones et des cellules gliales au niveau du cortex cérébral, du cervelet et de l hippocampe et des granulocytes, des lymphocytes et des monocytes au niveau périphérique. De la même manière, l anxiété trait couplée au stress aigu et chronique par contention a provoqué une dépression de certains paramètres de l immunité cellulaire (lymphocytes totaux, TCD4+, TCD8+ et NK) et humorale (IgA, E et G) et une stimulation des autres paramètres (granulocytes et monocytes). Ces travaux ont permis ainsi de valider scientifiquement le caractère anxiogène du modèle du stress par contention, d établir de manière valide et reproductible le lien et la corrélation entre le niveau élevé d anxiété chez des animaux et leur statut oxydatif inducteur d une cytotoxicité ainsi que le rôle de l expression des gènes codants de 4 sous types de récepteurs dans l expression de cette anxiété élevée et d un statut oxydatif important au niveau des cellules périphériques du système immunitaire et des neurones et cellules gliales au niveau central. / In this study, genes expression from four central receptors (GABAA, 5-HT1A, m-opioïdes and a1-adrenergic) involved in the modulation of anxiety was assessed. The impact of anxiety on the cellular and humoral immunity and on the oxidative status at the SNC (neurons and glial cells) and peripheral (lymphocytes, granulocytes and monocytes) level was highlighted. At the same time, the effect of anxiety coupled with an anxiogenic restraint stress, on the cellular and humoral immunity was also evaluated. Indeed, the high level of anxiety induced firstly, a significant depressive effect on cellular (total lymphocytes, TCD4+ and TCD8+) and humoral (IgA and IgE) immunity, and secondly, a significant increase of the level of intracellular reactive oxygen species (ROS) of neurons and glial cells in the cerebral cortex, the cerebellum and the hippocampus and in the peripheral blood granulocytes, monocytes and lymphocytes. In the same way, the anxiety coupled to acute and chronic restraint stress provoked, a depression of some parameters of cellular (total lymphocytes, TCD4+, TCD8+ and NK) and humoral (IgA, E and G) immunity, and a stimulation of others (granulocytes and monocytes). These works thus made it possible to validate scientifically the anxiogenic character of the model of restraint stress, to establish in a valid and reproducible way the bond and the correlation between the high level of anxiety in animals and their oxidative status inductive of a cytotoxicity as well as the role of the expression of coding genes of 4 receptors in the expression of this high anxiety and of a significant oxidative status at the level of the peripheral cells of the immune system and the neurons and glial cells at the central level

En dehors de l'hypothèse de la cascade amyloïde qui domine l'activité de recherche liée à la maladie d'Alzheimer, d'autres hypothèses ont été proposées pour expliquer la pathogénie de la maladie. Parmi celles-ci, le stress oxydant, le dysfonctionnement mitochondrial ou encore l'altération cholinergique ont été suggérés car ils sont à la base des mécanismes qui apparaissent précocement et contribuent de façon importante à la physiopathologie de la maladie. Notre projet propose d'étudier ces facteurs à travers une évaluation phénotypique histopathologique et neurochimique dans deux mutations du gène PS-1 (souris PS1/A246E et PS1/I213T) caractérisées par une surexpression du peptide Aß-42 sans amyloïdose et des troubles comportementaux peu sévères mimant des stades précoces de la maladie. Une évaluation des bases d'ADN oxydées a permis la mise en évidence d'un dommage oxydatif précoce dans des régions variées pour lesquelles le taux de peptide Aß est généralement augmenté. Des cartographies cérébrales des activités de la cytochrome oxydase et de l'acétylcholinestérase ont servi respectivement à l'étude de la fonction métabolique neuronale et de l'innervation cholinergique. Les modifications d'activité métabolique obtenues ne signent pas d'altération intrinsèque de la cytochrome oxydase mais témoignent de phénomènes compensatoires indépendants du dommage oxydatif tissulaire. Les perturbations cholinergiques sont importantes dans les deux mutations impliquant les circuits d'activation de l'attention et de la mémorisation. / In addition to the amyloid cascade hypothesis, predominant in Alzheimer's disease research, other hypotheses have been proposed to explain its pathogenesis. Among those, oxidative stress, mitochondrial dysfunction, and cholinergic alterations were suggested, based on early onset signs contributing in an important way to the physiopathology. Our project studied these factors via phenotypic evaluation in the context of histopathology and neurochemistry in two PS-1 mutations: PS1/A246E transgenic and PS1/I213T knock-in mice, characterized by overexpressed Aß-42 peptide without amyloidosis, together with mild behavioral impairments mimicking early onset Alzheimer's disease. Both mutants showed oxidative damage, as measured by DNA oxidation in regions with increased Aß. Brain regional cartographies of cytochrome oxidase and acetylcholinesterase reflected respectively neuronal metabolism and cholinergic innervation. There was no intrinsic modulation of cytochrome oxidase but rather compensatory phenomena independent of oxidative damage. Cholinergic alterations were important in each mutation, particularly in circuits associated with selective attention and memory.

L'infarctus du myocarde est une maladie très répandue dans les pays industrialisés. La condition d'ischémie-reperfusion qui en est à l'origine endommage les tissus par la production accrue d'espèces oxygénées réactives (EOR) qui conduisent les cellules à un état de stress oxydatif. L'oxyde nitrique (NO·) est non seulement une EOR mais aussi une molécule de signalisation importante dans le système cardiovasculaire. Plusieurs effets cytoprotecteurs du NO· et de ses dérivés ont été démontrés dans le coeur ischémie-reperfusé, mais des effets cytotoxiques ont aussi été rapportés. La céruloplasmine (CP) est une glycoprotéine à cuivre circulante multifonctionnelle. Quoiqu'elle soit étudiée depuis longtemps, certaines de ses propriétés demeurent incomprises. Elle est entre autres reconnue comme un antioxydant circulant très important. L'équipe du Dr Mateescu a d'ailleurs rapporté qu'elle protège le coeur isolé des EOR durant l'ischémie-reperfusion. D'autres équipes ont toutefois montré une activité pro-oxydante de la CP qui ferait d'elle un facteur de risque associé aux maladies cardiovasculaires. Deux activités de la CP ont récemment été mises en évidence in vitro: la synthèse de nitrosothiols (RSNO) et de nitrites (NO₂¯) deux dérivés du NO· considérés comme des formes d'entreposage qui prolongeraient la durée de vie de ce facteur. Nous avons donc posé l'hypothèse d'une implication de la CP dans la potentialisation des effets du NO· par ses nouvelles activités. Le but de cette étude était ainsi d'évaluer l'effet cytoprotecteur de la combinaison CP + NO· et de vérifier l'implication d'une activité S-nitrosante et/ou nitrite-synthase de la CP. Pour ce faire, des cultures de cardiomyocytes de rats nouveau-nés ont été soumises à un stress oxydatif généré par l'ajout de H₂O₂ au milieu de culture. L'effet toxique ou protecteur de la CP et d'un donneur de NO·, le PAPA NONOate, a été déterminé par la mesure de la viabilité cellulaire à l'aide d'une coloration au Hoechst 33342 et à l'iodure de propidium. Les dérivés RSNO et NO₂¯du NO· ont été mesurés dans les milieux de culture par les réactifs colorimétriques de Griess ou par la sonde fluorescente DAN, après une optimisation de ces méthodes de dosage. Les résultats, qui vont à l'encontre de l'hypothèse de départ, ont montré que ni la CP, ni la combinaison CP + NO· ne protègent les cardiomyocytes du H₂O₂. La CP a même exercé un effet cytotoxique sur les cellules en présence de H₂O₂. Le NO· à faible concentration procure une certaine protection contre le H₂O₂, mais en intensifie la toxicité à forte concentration. En conditions acellulaires, l'activité S-nitrosante de la CP sur le glutathion a été confirmée et est comparable à celle de la littérature. La synthèse de NO₂¯ n'a toutefois pas été observée à des niveaux détectables. Des faits nouveaux ont aussi été révélés: la CP est capable d'« auto-nitrosation » et l'albumine inhibe l'activité S-nitrosante de la CP. Cette étude indiquerait que l'action cardioprotectrice de la CP contre les dommages causés par l'ischémie-reperfusion n'inclurait pas une protection contre le H₂O₂, ni une potentialisation de l'action du NO· contre ce H₂O₂. L'albumine présente dans le milieu de culture pourrait avoir masqué les possibles interactions entre la CP et le NO·. Ce dernier résultat suggère que la CP circulante aurait peu d'impact sur le métabolisme du NO· en situation physiologique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Céruloplasmine, Oxyde nitrique, Cardiomyocytes, Stress oxydatif, S-nitrosation.

Les lipocalines sont des petites protéines de structure tertiaire simple qui ont l'habileté de lier de petites molécules généralement hydrophobes. De récentes études ont montré que les lipocalines animales jouent un rôle important dans la régulation du développement et sont impliquées dans la tolérance au stress oxydatif. Les plantes possèdent aussi des types variés de lipocalines. Les analyses bioinformatiques ont prédit que certains membres pourraient être localisés dans le chloroplaste, suggérant une fonction dans la protection de l'appareil photosynthétique lors de conditions de stress oxydatif. Ce travail présente la caractérisation fonctionnelle de la lipocaline chloroplastique AtCHL chez Arabidopsis thaliana. Un fractionnement cellulaire a montré qu'AtCHL est une protéine du lumen des thylacoïdes. La sécheresse, les hautes intensités lumineuses, et le traitement au paraquat et à l'acide abscissique induisent l'accumulation du messager et de la protéine AtCHL. Sous des conditions normales de croissance, les lignées de type sauvage, de sous-(KO) et sur-(OEX) expression ne montrent pas de différence au niveau phénotypique même si elles montrent des niveaux d'accumulation d'AtCHL dramatiquement différents. Lors d'un stress de sécheresse ou un stress oxydatif, l'absence d'AtCHL dans les plantes KO mène à plus de dommages alors qu'un haut niveau d'AtCHL permet aux plantes OEX de mieux surmonter les stress. Le niveau d'accumulation d'AtCHL est inversement proportionnel au niveau de lipides peroxydés. Ces résultats montrent qu'AtCHL est vraisemblablement impliquée dans la protection des lipides, localisés du côté luménal des thylacoïdes, contre les espèces réactives d'oxygène générées sous les stress de sécheresse et oxydatif. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Chloroplaste, Peroxydation des lipides, Lipocalines, Tolérance aux stress, Stress oxydatif.

Thèse doctorat : Biologie forestière : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Génie des procédés et des produits : INPL : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

La plupart des cellules cancéreuses présentent une reprogrammation métabolique qui favorise la glycolyse et diminue la phosphorylation oxydative. Cette reprogrammation a reçu le nom d’effet Warburg et permet aux cellules tumorales de proliférer même en conditions adverses. Bien que l’effet Warburg ait été, pendant longtemps, associé à un dysfonctionnement mitochondrial, plusieurs études ont montré que dans les cellules cancéreuses les mitochondries ne sont pas dysfonctionnelles et jouent même un rôle important dans la tumorigénèse. Cependant, les mécanismes qui régulent cette reprogrammation métabolique dans le mélanome restent encore à être bien évalués. Dans ce contexte, nous avons montré que les mélanomes présentent une faible activité mitochondriale caractérisée par une diminution de la consommation d’oxygène. Ce profil métabolique est contrôlé au moins en partie par le facteur de transcription HIF-1, via l’expression de la pyruvate déshydrogénase kinase 3 (PDK3). L’inhibition pharmacologique de la PDK3, utilisant le Dichloroacetate (DCA) est suffisante pour réactiver la phosphorylation oxydative et induire la production des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Ainsi, la combinaison du DCA avec la molécule pro-oxydant elesclomol permet de potentialiser l’effet antitumural de cette dernière, de manière synergique. Fait intéressant, cette combinaison est également efficace dans les cellules ayant développé une résistance au vemurafenib, un inhibiteur de la protéine BRAFV600E. Dans ce contexte, dans la deuxième partie de cette étude, nous avons évalué si les cellules résistantes au vemurafenib présentent une modification métabolique qui pourrait expliquer leur sensibilité à la combiniasion DCA+eleslclomol. Nous avons montré que le vemurafenib induit une diminution de la glycolyse rendant les cellules dépendantes à la phosphorylation oxydative et augmente la biogénèse mitochondriale de manière dépendante ou indépendante de la réactivation de la voie MITF/PGC1α. En accord avec ces résultats, les cellules résistantes au vemurafenib présentent une augmentation de la consommation d’oxygène et de la production de ROS par rapport aux cellules sensibles. Le nouveau profil métabolique des cellules résistantes les rende plus sensibles aux agents pro-oxydants tels que l’elesclomol Nos résultats ont permis de montré la possibilité de cibler les modifications métaboliques par une approche pro-oxydant dans le but d’éradiquer de manière efficace les cellules de mélanome. / Most cancer cells undergo a metabolic rewiring from oxidative phosphorylation to glycolysis that allows them to proliferate even under stressful conditions. This phenomenon is known as the Warburg Effect and has been often associated to mitochondrial dysfunction. Although, many studies have shown that mitochondria is still active in cancer cells and seems to play a key role in tumorigenesis little is know about the mechanisms that regulate this metabolic swift. In this context, we first focused in the study of melanoma metabolism in different cell lines as in samples coming from patients. We first found that melanoma cells present low mitochondrial activity characterized by low oxidative phosphorylation. This metabolic behavior is at least partially controlled by the hypoxia-inducible factor-1α HIF-1α witch is constitutively express in melanoma cells even under nomoxic conditions. Inhibition of this factor induces a strong decrease in the expression and activity of PDK3. Pharmacological inhibition of PDK3 activity by dichloroacetate (DCA) is enough to reactivate mitochondrial oxidative phosphorylation and reactive oxygen species (ROS) production. Furthermore DCA increases in a synergistic manner elesclomol’s induced ROS production and cell death. Interestingly, BRAF V600E melanoma cells that were resistant to the BRAF inhibitor vemurafenib show were also sensible to this combination. Consequently, as a second part of this work we looked for to understand, why resistant cells were so sensible to these agents and if there were some metabolic modifications that could explain this behavior. We found that vemurafenib BRAFV600E induced inhibition causes an important decrease in glycolysis and renders melanoma cells addicted to oxidative phosphorylation by increasing mitochondria biogenesis dependently or not of MTIF/PCG1 axis. Conversely, vemurafenib resistant melanoma cell lines show higher mitochondrial activity associated with higher ROS production. Thus these cells are more sensible to elesclomol induced cell death than vemurafenib sensible cell lines. Our findings provide new insights into the metabolic pathways that allow cells to adapt to difficult microenvironment, showing that these metabolic modifications, especially in terms of ROS production, can be used to target and eradicate melanoma cells.

Le phénomène du vieillissement des populations des pays industrialisés accompagné par l'augmentation de la prévalence de la démence constitue un défi majeur pour les systèmes de santé. Les causes définitives et les voies de développement de ces maladies ne sont pas encore comprises et elles restent jusqu'à présent sans moyens de prévention ou de traitement. L'hypothèse du stress oxydatif dans la pathogenèse des maladies neurodegeneratives est l'une des deux principales rapportées dans la littérature. Le présent projet de recherche visait à évaluer l'association entre les concentrations plasmatiques des lipoprotéines de faible densité oxydées, un marqueur d'oxydation, et le risque de démence et de maladie d'Alzheimer à partir des données de l'Étude sur la santé et le vieillissement au Canada, une étude longitudinale sur la démence chez les individus de 65 ans et plus. Les résultats étaient principalement non concluants mais d'autres études seraient néanmoins souhaitables pour approfondir la question.